KR20210112670A

KR20210112670A - 선박

Info

Publication number: KR20210112670A
Application number: KR1020200027972A
Authority: KR
Inventors: 권순은; 김형준; 김수정
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2020-03-05
Filing date: 2020-03-05
Publication date: 2021-09-15
Also published as: KR102376325B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 선박은, 쌍축으로 이루어지며, 선체의 후미에 형성되는 선미부; 및 상기 선미부에 형성되어 후상향 경사지도록 형성되는 선미핀을 포함하고, 상기 선미핀은, 상기 쌍축의 중심부 보다 상방에 위치되며, 후상향 각도가 3도 내지 9도 범위에 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박{ship}

본 발명은 선박에 관한 것이다.

일반적으로 대형 선박의 경우, 선체의 후미에 부착되어 있는 프로펠러가 회전할 때 발생하는 유체의 흐름 즉 추력을 이용하여 전진하는 방식을 사용한다. 이때 프로펠러의 후방에는 러더 등이 부착될 수 있으며, 예를 들어 러더가 좌우로 회전함에 따라 추력 방향을 조절함으로써 항해 방향을 변경할 수 있다.

이와 같이 프로펠러의 회전을 통해 일정 속도를 내기 위해서는 디젤 등의 오일을 연료로 사용하여 엔진을 구동하여야 하는데, 이 경우 많은 양의 연료가 소모되고 온실가스가 배출됨에 따라, 환경 파괴 등의 문제를 야기하게 된다.

따라서 최근에는 선박의 추진 시 소비되는 에너지를 절감하여 연료 사용량을 감축할 수 있는 다양한 노력이 이루어지고 있다. 특히 IMO는 2010년에 선박 운항 시 온실가스 감축 방안에 대해 논의한 바 있으며, 연비규제에 대한 기준 및 방향을 확정하는 것과 관련한 논의를 진행 중에 있다.

이러한 움직임에 해운선사들도 합류함에 따라, 해운선사들은 유류비에 대한 부담을 덜 수 있는 연료 절감형 선박에 관심을 가지기 시작하였다. 이와 같은 해운 선사들의 필요에 의해, 조선사들은 연료 소비량을 줄이고 온실가스 배출을 줄일 수 있는 연료 절감형 기술에 대해서 지속적인 연구 및 개발을 해오고 있다.

연료 절감형 기술의 일례로, 선박의 후미, 프로펠러, 러더 등의 형상을 개량하거나 별도의 부가물을 부착함으로써 추진 효율을 높여 연료를 절감하는 에너지 절감장치(ESD: Energy Saving Device)가 큰 관심을 받고 있으며, 이러한 에너지 절감장치는 상당수의 선박에 이미 적용되어 사용 중이다.

최근에는 이러한 에너지 절감장치에 대해서 좀 더 차별화된 효과를 내기 위해 추가적인 연구 및 개발이 활발히 이루어지고 있는 실정이다.

본 발명은 종래기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 선박의 자항 성능 및 저항 성능을 동시에 개선하여 선박의 속도성능을 극대화하는 선박용 에너지 절감장치 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.

구체적으로, 상기 선미핀은, 두께가 30mm 내지 50mm 이고, 전방으로부터 후방까지의 길이가 3m 내지 4m이며, 좌우 폭의 길이가 0.5m 내지 0.7m일 수 있다.

구체적으로, 상기 선미핀의 중심점은, 174K LNGC에서 상기 선체의 수선간장의 후단 지점으로부터 전방으로 이격되되, 이격거리가 5m 내지 6m 범위 내에 마련되거나, 180K LNGC에서 상기 선체의 수선간장의 후단 지점으로부터 전방으로 이격되되, 이격거리가 5.8m 내지 6.8m 범위 내에 마련되거나, 200K LNGC에서 상기 선체의 수선간장의 후단 지점으로부터 전방으로 이격되되, 이격거리가 4m 내지 5m 범위 내에 마련될 수 있다.

구체적으로, 상기 선미핀의 중심점은, 174K LNGC에서 상기 선체의 선저로부터 상방으로 이격되되, 이격거리가 5.9m 내지 6.9m 범위 내에 마련되거나, 180K LNGC에서 상기 선체의 선저로부터 상방으로 이격되되, 이격거리가 5.3m 내지 6.1m 범위 내에 마련되거나, 200K LNGC에서 상기 선체의 선저로부터 상방으로 이격되되, 이격거리가 6.3m 내지 7.3m 범위 내에 마련될 수 있다.

구체적으로, 상기 선미핀의 중심점은, 174K LNGC에서 상기 선체의 중심축부터 좌현 및 우현 방향으로 이격되되, 이격거리가 1.5m 내지 2.5m 범위 내에 마련되거나, 180K LNGC에서 상기 선체의 중심축부터 좌현 및 우현 방향으로 이격되되, 이격거리가 1.6m 내지 2.6m 범위 내에 마련되거나, 200K LNGC에서 상기 선체의 중심축부터 좌현 및 우현 방향으로 이격되되, 이격거리가 1.6m 내지 2.6m 범위 내에 마련될 수 있다.

구체적으로, 상기 선미핀은, 상기 선체에 연결되는 영역인 일측에 대하여 반대편에 마련되는 타측으로부터 일측 방향으로 전후 길이가 동일하게 형성되되, 일측 영역에서 곡선 구조로 확대된 형태를 가질 수 있다.

본 발명에 따른 선박은, 프로펠러에 유입되는 유동 개선을 통한 추력 최대화를 이룰 수 있고, 더불어 해수의 유입으로 인해 선체에 발생하는 유동박리현상 감소/제거를 이룰 수 있어 선체저항이 최소화될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 선미핀을 확대하여 개념적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 선미핀을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박과 종래 선박을 비교하여 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 제원을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 소요마련 저감량을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박을 개념적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 선미핀을 확대하여 개념적으로 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 선미핀을 도시한 도면이다.

또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박과 종래 선박을 비교하여 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 제원을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 소요마련 저감량을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박(100)은, 174K LNGC, 180K LNGC, 200K LNGC일 수 있고, 쌍축(도시하지 않음)으로 이루어지며, 선미부(111), 선미핀(120)을 포함할 수 있다.

여기서 174K LNGC, 180K LNGC, 200K LNGC는, 선적량에 따라 구분되어 질 수 있고, 전장의 길이 등이 서로 다르게 이루어질 수 있어(도 5 참조), 본 실시예는 공통되는 특징에 의한 개선 효과와 더불어 각 LNGC에 대한 최적의 추진효율이 형성될 수 있도록 개선된 것이다.

먼저 선미부(111)는, 선체(110)의 후미에 형성될 수 있다.

여기서 선체(110)는 공지된 LNGC 기술이 적용될 수 있고, 선미부(111)는 선체의 중심에 마련되는 중앙부(도시하지 않음)의 후방에 마련될 수 있으며, 복수 개의 프로펠러(도시하지 않음)를 구비하여 구동되는 쌍축이 마련될 수 있어서 선박(100)의 추진을 형성할 수 있고, 러더(도시하지 않음) 등이 마련되어 선박(100)의 운항 방향을 조절할 수 있으며, 내부에는 카고 홀드 및 엔진룸 등이 형성될 수 있다.

이러한 선미부(111)의 전방에는 중앙부(도시하지 않음)와 선수부(도시하지 않음)가 일렬로 마련될 수 있는데, 중앙부는 선박(100)의 중심영역에서 좌우현 방향으로 수직의 절단면에 대하여 단면적이 변화는 선수부 및 선미부(111)와 달리 일정한 크기 및 형태의 단면이 길이 방향을 따라 일정 길이만큼 전후로 동일할 수 있으며, 중앙부의 상부에는 선박(100)의 운항에 필요한 각종 설비 등이 마련될 수 있다.

그리고 선수부는 선박(100)의 선수 영역을 이루어 중앙부의 전방에 마련될 수 있고, 중앙부 측에서 선수의 단을 향해 점차 좌우 폭(단면적)이 감소되는 구조를 가질 수 있으며, 이는 선박(100)의 항해 시 전방에 위치한 선수부에서 해수에 의한 저항력이 감소되도록 하기 위함이다. 또한, 선수부는 상갑판을 기준으로 상측에는 앵커 등 다양한 설비 및 시설 등이 배치될 수 있고, 하측 내부에는 카고 홀드(Cargo hold) 및 보선 스토어(bosun store; 도시하지 않음) 등의 저장공간이 형성될 수 있다.

이러한 선박(100)은, 선미부(111), 중앙부, 선수부로 구분되어 설명되나, 이는 설명 및 이해의 편의를 위해 구분되는 것일 수 있고, 서로 연결되는 하나의 구조물로 이루어짐은 물론이다.

특히 본 실시예는, 해수의 유동 방향이 쌍축의 프로펠러의 효율이 향상되도록 개선된 것이며, 이때 선미부(111)의 구조 개선을 통해 이루어질 수 있으며, 간략하게는 선미핀(120)을 통해 이루어질 수 있다.

선미핀(120)은, 선미부(111)에서 쌍축으로부터 전방으로 이격되게 마련될 수 있고, 후상향 경사지도록 형성될 수 있다.

여기서 선미핀(120)은, 선수부/중앙부 측에서 선미부(111) 측의 쌍축으로 유입되는 해수의 유동을 가이드하도록, 쌍축의 중심부(축의 중심선)보다 상방에 위치될 수 있으며, 이때 후상향 각도(설치각도일 수 있음)가 도 2를 참조하는 바와 같이 θ로 표시되는 값이 3도 내지 9도 범위에 형성될 수 있다(구체적인 예는 후술하도록 함).

따라서 전방으로부터 후방으로 해수가 가이드될 때, 도 4를 참조하는 바와 같이, 해수가 우상향되어 복수 개의 프로펠러 날개 중 상부의 프로펠러 날개 영역으로 유동되도록 할 수 있다.

특히 도 4의 (a)는 선미핀(120)이 형성되지 않은 종래의 선박에서 프로펠러로 유입되는 유체의 흐름에 의해 발생되는 압력을 나타낸 것이고, 도 4의 (b)는 선미핀(120)이 형성되는 본 실시예에 따른 선박(100)에서의 유체의 흐름에 의해 발생되는 압력을 나타낸 것이다.

이때 압력의 정도는 적색이 진해질수록 양압이 높아짐을 나타내는데 이를 참조하면, (a)와 (b)에 각각 도시된 압력의 변화가 (b)에서의 프로펠러의 양압이 더욱 높은 것을 알 수 있어, 이로 인해 프로펠러가 회전하는 방향과 동일한 방향으로 더 많은 힘을 도와주게 되어 추진에 도움을 주는 것을 알 수 있다(다만 도 4는 시점이 상부 방향으로 치우쳐 있어, 상부에서 하부 방향으로 내려보는 보기 방향으로 이루어져 있음을 언급하여 둔다).

이와 같은 선미핀(120)은, 선미부(111)의 좌우 양측 모두 또는 한쪽에만 비대칭으로 구비될 수도 있다.

더불어 선미핀(120)의 형상은, 예를 들어 종단면 및/또는 횡단면이 에어 포일(air foil) 형상을 가질 수 있으며, 도 3을 참조하는 바와 같이 단부를 향해 폭이 감소되는 구조를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형예가 가능하다.

구체적으로 선미핀(120)의 설치 위치/크기/각도는 아래와 같이 이루어질 수 있으며, CFD 해석을 통해 최적의 형상으로 도출됨을 알 수 있다.

예를 들어 선미핀(120)은, 두께가 30mm 내지 50mm 일 수 있고 바람직하게는 40mm일 수 있으며, 전방으로부터 후방까지의 길이가 3m 내지 4m일 수 있고 바람직하게는 3.5m일 수 있으며(이때 3.5m는 최소길이 일 수 있음), 좌우 폭의 길이가 0.5m 내지 0.7m일 수 있고 바람직하게는 0.65m일 수 있다. 더불어 선미핀(120)의 단부에 형성되는 곡률반경은 100mm 내외로 이루어질 수 있다.

이러한 선미핀(120)은 직사각형의 판 구조로 이루어질 수 있으나, 앞서 언급된 바와 같이, 단면이 에어 포일 형상을 가질 수도 있고, 단부를 향해 폭이 감소되는 구조를 가질 수도 있다(도 3 (b)참조).

더불어 선미핀(120)은, 도 3을 참조하는 바와 같이, 선체(110)에 연결되는 영역인 일측에 대하여 반대편에 마련되는 타측으로부터 일측 방향으로 전후 길이가 동일하게 형성되되, 일측 영역에서 일부 영역의 단면적이 곡선 구조로 확대된 형태를 가져 선체와 선미핀(120)의 구조 강도가 향상될 수 있다.

특히 해수의 유동이 가이드될 때, 쌍축의 중심부보다 상방에 위치되는 본 실시예의 선미핀(120)으로부터 프로펠러로 유입되게 가이드되도록, 아래와 같은 위치에 선미핀(120)의 위치가 형성될 수 있다.

즉 선미핀(120)이 선미부(111) 인근에 유동하는 유체를 정류하여 프로펠러의 회전에 도움이 되도록 공급하도록, 프로펠러의 날개 상에 압력을 가하여 추진력을 추가 발생시키고, 이를 통해 자항 성능이 개선되도록 아래와 같은 위치에 형성될 수 있다.

다만 선미핀(120)의 위치를 설명하기 전에, 174K LNGC, 180K LNGC, 200K LNGC의 각 제원에 대하여 언급하면, 도 5를 참조하는 바와 같이, 추진기의 직경이 8.4 내외로 이루어질 수 있고, LBP(수선간장)는 174K LNGC에서 291m, 180K LNGC에서 293.6m, 200K LNGC에서 294.6m일 수 있으며, 이외에도 각 제원은 공지기술이 적용될 수 있고 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

이와 같이 174K LNGC, 180K LNGC, 200K LNGC에 따라 규격화된 선박(100)은, 선미핀(120)(FCF)의 위치와 설치각이 각 선박(100)에 대하여 프로펠러의 성능이 최적으로 개선되도록, 선미핀(120)(FCF)의 위치와 각도가 아래와 같이 유사 범위 내에서 이루어지되, 각 선종에 따라 일부 차이가 형성될 수 있다.

예를 들어 선미핀(120)의 중심점은, 선체(110)의 수선간장의 후단 지점으로부터 전방으로 이격되되 이격거리가 4m 내지 7m의 공통 범위에 마련되면서도, 아래와 같이 각 선종에 따라 일부 차이가 있고(도 5 참조 시, FCF의 X 값), 선미핀(120)의 중심점이 선체(110)의 선저로부터 상방으로 이격되되 이격거리가 5m 내지 7.5m의 공통 범위에 마련되면서도 아래와 같이 각 선종에 따라 일부 차이가 있으면서도(도 5 참조 시, FCF의 Z 값), 선미핀(120)의 후상향 각도는 3도 내지 9도 범위 내에 마련되면서 바람직한 각도가 아래와 같이 이루어질 수 있다. 더불어 후술되는 예는 균등의 범위 내에서의 변형예가 가능함은 물론이다.

먼저, 174K LNGC에서 선미핀(120)의 중심점은, 선체(110)의 수선간장의 후단 지점으로부터 전방으로 이격되되, 이격거리가 5m 내지 6m 범위 내에 마련될 수 있고 바람직하게는 5.56m일 수 있다.

이때 선미핀(120)의 중심점은, 선체(110)의 선저로부터 상방으로 이격되되, 이격거리가 5.9m 내지 6.9m 범위 내에 마련될 수 있어 바람직하게는 6.39m일 수 있다. 여기서 선미핀(120)의 후상향 각도(설치각도, 수평면 기준으로 기울어진 정도)는 바람직하게는 3.23도로 이루어질 수 있다. 더불어 선미핀(120)의 영각(유체 흐름 대비 기울어진 정도)은 2도 내지 3도 일 수 있다.

그리고 180K LNGC에서 선미핀(120)의 중심점은, 선체(110)의 수선간장의 후단 지점으로부터 전방으로 이격되되, 이격거리가 5.8m 내지 6.8m 범위 내에 마련될 수 있고 바람직하게는 6.3m일 수 있다.

이때 선미핀(120)의 중심점은, 선체(110)의 선저로부터 상방으로 이격되되, 이격거리가 5.3m 내지 6.1m 범위 내에 마련될 수 있어 바람직하게는 5.78m일 수 있다. 여기서 선미핀(120)의 후상향 각도는 바람직하게는 8도로 이루어질 수 있다. 더불어 선미핀(120)의 영각은 5도 내지 6도 일 수 있다.

그리고 200K LNGC에서 선미핀(120)의 중심점은, 선체(110)의 수선간장의 후단 지점으로부터 전방으로 이격되되, 이격거리가 4m 내지 5m 범위 내에 마련될 수 있고 바람직하게는 4.5m일 수 있다.

이때 선미핀(120)의 중심점은, 선체(110)의 선저로부터 상방으로 이격되되, 이격거리가 6.3m 내지 7.3m 범위 내에 마련될 수 있어 바람직하게는 6.7m일 수 있다. 여기서 선미핀(120)의 후상향 각도는 바람직하게는 6도로 이루어질 수 있다. 더불어 선미핀(120)의 영각은 6도 내지 7도 일 수 있다.

또한, 선체(110)의 중심축부터 좌현 및 우현 방향으로 이격되는 선미핀(120)의 중심점은, 선체(110)의 표면에 위치하도록 이루어져, 예를 들어 174K LNGC에서는 이격거리가 1.5m 내지 2.5m 범위 내에 마련될 수 있고 바람직하게는 2m 내외일 수 있으며, 180K LNGC에서는 이격거리가 1.6m 내지 2.6m 범위 내에 마련될 수 있고 바람직하게는 2.1m 내외일 수 있으며, 200K LNGC에서는 이격거리가 1.6m 내지 2.6m 범위 내에 마련될 수 있고 바람직하게는 2m 내외일 수 있다.

이러한 선미핀(120)을 통해, 본 실시예에 따른 개선 효과로서, 도 6을 참조하는 바와 같이(선박연구소 모형시험 실험 결과), 예를 들어 174K LNGC에서 만재 항해 시(laden voyage)의 소요 마력 저감량(카고의 소요마력 저감량)이 2.3%, 발라스트 항해 시(ballast voyage)의 소요 마력 저감량(발라스트수 소요마력 저감량)이 1.5% 개선되고, 180K LNGC에서 만재 항해 시의 소요 마력 저감량이 1.6%, 발라스트 항해 시의 소요 마력 저감량이 0.5% 개선되며, 200K LNGC에서 만재 항해 시의 소요 마력 저감량이 1.6%, 발라스트 항해 시의 소요 마력 저감량이 0.6% 개선되어, 선종 별 추진효율 1.5% 이상 향상됨을 확인하였다.

이와 같이 본 실시예는, 프로펠러에 유입되는 유동 개선을 통한 추력 최대화를 이룰 수 있고, 더불어 해수의 유입으로 인해 선체(110)에 발생하는 유동박리현상 감소/제거를 이룰 수 있어 선체저항이 최소화될 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

100: 선박 110: 선체
111: 선미부 120: 선미핀

Claims

쌍축으로 이루어지며,
선체의 후미에 형성되는 선미부; 및
상기 선미부에 형성되어 후상향 경사지도록 형성되는 선미핀을 포함하고,
상기 선미핀은,
상기 쌍축의 중심부 보다 상방에 위치되며, 후상향 각도가 3도 내지 9도 범위에 형성되는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항에 있어서, 상기 선미핀은,
두께가 30mm 내지 50mm 이고,
전방으로부터 후방까지의 길이가 3m 내지 4m이며,
좌우 폭의 길이가 0.5m 내지 0.7m인 것을 특징으로 하는 선박.
제1항에 있어서, 상기 선미핀의 중심점은,
174K LNGC에서 상기 선체의 수선간장의 후단 지점으로부터 전방으로 이격되되, 이격거리가 5m 내지 6m 범위 내에 마련되거나,
180K LNGC에서 상기 선체의 수선간장의 후단 지점으로부터 전방으로 이격되되, 이격거리가 5.8m 내지 6.8m 범위 내에 마련되거나,
200K LNGC에서 상기 선체의 수선간장의 후단 지점으로부터 전방으로 이격되되, 이격거리가 4m 내지 5m 범위 내에 마련되는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항에 있어서, 상기 선미핀의 중심점은,
174K LNGC에서 상기 선체의 선저로부터 상방으로 이격되되, 이격거리가 5.9m 내지 6.9m 범위 내에 마련되거나,
180K LNGC에서 상기 선체의 선저로부터 상방으로 이격되되, 이격거리가 5.3m 내지 6.1m 범위 내에 마련되거나,
200K LNGC에서 상기 선체의 선저로부터 상방으로 이격되되, 이격거리가 6.3m 내지 7.3m 범위 내에 마련되는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항에 있어서, 상기 선미핀의 중심점은,
174K LNGC에서 상기 선체의 중심축부터 좌현 및 우현 방향으로 이격되되, 이격거리가 1.5m 내지 2.5m 범위 내에 마련되거나,
180K LNGC에서 상기 선체의 중심축부터 좌현 및 우현 방향으로 이격되되, 이격거리가 1.6m 내지 2.6m 범위 내에 마련되거나,
200K LNGC에서 상기 선체의 중심축부터 좌현 및 우현 방향으로 이격되되, 이격거리가 1.6m 내지 2.6m 범위 내에 마련되는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항에 있어서, 상기 선미핀은,
상기 선체에 연결되는 영역인 일측에 대하여 반대편에 마련되는 타측으로부터 일측 방향으로 전후 길이가 동일하게 형성되되, 일측 영역에서 곡선 구조로 확대된 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 선박.